CN102642905B - 绿色改性淀粉多功能污水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂及其制备方法，原料组分及各组分的质量份数为木薯淀粉70-90份，醚化剂2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵5-10份，溶剂5-10份，碱催化剂氢氧化钠2-6份，由淀粉与醚化剂在溶剂和碱催化剂的存在下发生醚化而合成绿色改性淀粉多功能污水处理剂。本发明的绿色改性淀粉两性离子多功能污水处理剂有选择性大、无毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循环等显著特点。生产醚化（阳离子）淀粉絮凝剂的方法是干法，并且在温和的条件下发生反应，所有原材料廉价易得，反应过程不需要抑制剂，反应后不用清洗，无环境污染，并简化了工艺，可实现工业转化。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂及其制备方法。
背景技术
淀粉资源丰富，自然界中淀粉的含量远远超过其他有机物，是人类可以采用的最丰富的有机资源，也是开发最早、最多的一类天然高分子污水处理剂。开发出更多高效、无毒、价廉的天然高分子改性污水处理剂，并加强高分子的结构与应用性能关系的研究，如离子度、相对分子质量等对应用性能的影响规律，稳定产品质量，促进产品的工业化并能满足复杂水质情况下多种水质要求的需要，而阳离子改性淀粉是一种重要的醚化淀粉,因其分子链上带有正电基团,故在造纸、纺织、污水絮凝等领域可得到广泛的应用。
改性淀粉具有良好的絮凝性能且无毒，可以安全被生物分解，因而被广泛关注。近年来，已经制得了很多种新型的阳离子污水处理剂，这种污水处理剂应用于污水处理厂二级污水处理，可缩短泥水分离的絮凝过程，为城市污水有效处理提供了保障。本发明以木薯淀粉等为骨架，通过环氧氯丙烷与氮三乙酸反应将多羧基引入到淀粉中既可作为污水絮凝剂有可应用于含重金属离子废水的处理，取得了较好的效果。据统计，自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量5000亿吨，是人类可以取用的最丰富的有机资源。随着我国工业用水需求量的增长,国家对环保事业的更多投入,废水处理将会大大增加,因此,作为一类新兴的高效的水处理剂, 阳离子改性污水处理剂有着广阔的应用前景和市场潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂及其制备方法，本发明的绿色改性淀粉两性离子多功能污水处理剂有选择性大、无毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循环等显著特点。生产醚化（阳离子）淀粉絮凝剂的方法是干法，并且在温和的条件下发生反应，所有原材料廉价易得，反应过程不需要抑制剂, 反应后不用清洗, 无环境污染, 并简化了工艺, 可实现工业转化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂，原料组分及各组分的质量份数为淀粉70-90份，醚化剂5-10份，溶剂5-10份，碱催化剂2-6份。
所述的淀粉为木薯淀粉；醚化剂为2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；溶剂为乙醇；碱催化剂为氢氧化钠。所述的2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵由环氧氯丙烷与氮三乙酸反应制备而成。
一种如上所述的绿色改性淀粉多功能污水处理剂的制备方法的具体步骤如下：
（1）在150ml的反应瓶中加入环氧氯丙烷27.4ml，用冰水盐浴冷却至0℃搅拌1.5h，在3h内分三次加入0.15mol的氮三乙酸继续搅拌0.5h，升温至60℃，搅拌3h；产物经过滤，丙酮洗涤、60℃鼓风箱干燥6h，制得2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；
（2）在200ml的烧杯中加入木薯淀粉和经研钵研磨成末的NaOH，60℃加热，然后加入2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵并强力充分搅拌，并持续加热10min；
（3）将步骤（2）所得样品用乙酸和乙醇的混合溶液浸泡，所述的乙酸和乙醇的混合溶液中乙酸与乙醇的体积比为1:20，然后过滤、去离子水洗涤2-3次后干燥，制得白色粉末状绿色改性淀粉多功能污水处理剂。
本发明的有益效果：
（1）本发明的绿色改性淀粉两性离子多功能污水处理剂有选择性大、无毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循环等显著特点。
（2）当前, 生产醚化（阳离子）淀粉絮凝剂的方法有3种：湿法、溶剂法和干法。湿法是在水溶液中进行, 为防止淀粉糊化, 需加人工抑制剂。该法缺点是需用大量的水洗去抑制剂, 对环境有污染。溶剂法需使用大量昂贵的有机溶剂, 并且很不安全, 反应效率也不高, 很难实现工业化生产。本发明使用的方法是干法，并且在温和的条件下发生反应，所有原材料廉价易得，反应过程不需要抑制剂, 反应后不用清洗, 无环境污染, 并简化了工艺, 可实现工业转化。
具体实施方式
实施例1
一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂，原料组分及各组分的质量份数为淀粉77份，醚化剂10份，溶剂10份，碱催化剂3份。
所述的淀粉为木薯淀粉；醚化剂为2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；溶剂为乙醇；碱催化剂为氢氧化钠。所述的2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵由环氧氯丙烷与氮三乙酸反应制备而成。
（1）按照上述配方比例在反应瓶中加入环氧氯丙烷，用冰水盐浴冷却至0℃搅拌1.5h，在3h内分三次加入氮三乙酸继续搅拌0.5h，升温至60℃，搅拌3h；产物经过滤，丙酮洗涤、60℃鼓风箱干燥6h，制得2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；
（2）在烧杯中加入木薯淀粉和经研钵研磨成末的NaOH，60℃加热，然后加入2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵并强力充分搅拌，并持续加热10min；
（3）将步骤（2）所得样品用乙酸和乙醇的混合溶液浸泡，所述的乙酸和乙醇的混合溶液中乙酸与乙醇的体积比为1:20，然后过滤、去离子水洗涤2次后干燥，制得白色粉末状绿色改性淀粉多功能污水处理剂。
实施例2
一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂，原料组分及各组分的质量份数为淀粉80份，醚化剂8份，溶剂8份，碱催化剂4份。
所述的淀粉为木薯淀粉；醚化剂为2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；溶剂为乙醇；碱催化剂为氢氧化钠。所述的2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵由环氧氯丙烷与氮三乙酸反应制备而成。
（1）按照上述配方比例在反应瓶中加入环氧氯丙烷，用冰水盐浴冷却至0℃搅拌1.5h，在3h内分三次加入氮三乙酸继续搅拌0.5h，升温至60℃，搅拌3h；产物经过滤，丙酮洗涤、60℃鼓风箱干燥6h，制得2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；
（2）在烧杯中加入木薯淀粉和经研钵研磨成末的NaOH，60℃加热，然后加入2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵并强力充分搅拌，并持续加热10min；
（3）将步骤（2）所得样品用乙酸和乙醇的混合溶液浸泡，所述的乙酸和乙醇的混合溶液中乙酸与乙醇的体积比为1:20，然后过滤、去离子水洗涤2-3次后干燥，制得白色粉末状绿色改性淀粉多功能污水处理剂。
实施例3
一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂，原料组分及各组分的质量份数为淀粉85份，醚化剂5份，溶剂5份，碱催化剂5份。
所述的淀粉为木薯淀粉；醚化剂为2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；溶剂为乙醇；碱催化剂为氢氧化钠。所述的2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵由环氧氯丙烷与氮三乙酸反应制备而成。
（1）按照上述配方比例在反应瓶中加入环氧氯丙烷，用冰水盐浴冷却至0℃搅拌1.5h，在3h内分三次加入氮三乙酸继续搅拌0.5h，升温至60℃，搅拌3h；产物经过滤，丙酮洗涤、60℃鼓风箱干燥6h，制得2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；
（2）在烧杯中加入木薯淀粉和经研钵研磨成末的NaOH，60℃加热，然后加入2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵并强力充分搅拌，并持续加热10min；
（3）将步骤（2）所得样品用乙酸和乙醇的混合溶液浸泡，所述的乙酸和乙醇的混合溶液中乙酸与乙醇的体积比为1:20，然后过滤、去离子水洗涤2-3次后干燥，制得白色粉末状绿色改性淀粉多功能污水处理剂。
绿色改性淀粉多功能污水处理剂制备效果：
(1)在上述条件下，可制得取代度为0．26的阳离子淀粉。应用本工艺制备阳离子淀粉，反应条件温和，设备简单，所得产品颜色较白，絮凝效果较好。
(2)阳离子淀粉絮凝性能的最佳应用条件为：在50℃、pH=8每100ml沙溪河水加入0.4g阳离子淀粉处理效果最好，且不易产生絮凝恶化现象，具有较好的操作稳定性。
(3)阳离子化试剂和淀粉的干法制备中，由于少量溶剂分子的介入，最大限度地抑制了副反应，另外，少量溶剂分子的介入使反应体系的微环境不同于液相反应，造成了反应部位的局部高浓度，大大缩短了反应时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种绿色改性淀粉多功能污水处理剂的制备方法，其特征在于：原料组分及各组分的质量份数为淀粉70-90份，醚化剂5-10份，溶剂5-10份，碱催化剂2-6份；
所述的淀粉为木薯淀粉；醚化剂为2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；溶剂为乙醇；碱催化剂为氢氧化钠；所述的2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵由环氧氯丙烷与氮三乙酸反应制备而成；
制备方法的具体步骤如下：
（1）在150ml的反应瓶中加入环氧氯丙烷27.4ml，用冰水盐浴冷却至0℃搅拌1.5h，在3h内分三次加入0.15mol的氮三乙酸继续搅拌0.5h，升温至60℃，搅拌3h；产物经过滤，丙酮洗涤、60℃鼓风箱干燥6h，制得2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵；
（2）在200ml的烧杯中加入木薯淀粉和经研钵研磨成末的NaOH，60℃加热，然后加入2，3-环氧丙基三羧甲基氯化铵并强力充分搅拌，并持续加热10min；
（3）将步骤（2）所得样品用乙酸和乙醇的混合溶液浸泡，所述的乙酸和乙醇的混合溶液中乙酸与乙醇的体积比为1:20，然后过滤、去离子水洗涤2-3次后干燥，制得白色粉末状绿色改性淀粉多功能污水处理剂。
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